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数字化平台助力既有建筑幕墙安全发展

来源:2020-2021分析报告  作者:幸世杰 窦铁波 杜继予 何留  日期:2021-7-7
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  提要:既有建筑幕墙是否安全正常运作,事关人员性命重大问题,对社会公共安全有着极大的影响。本文针对我国既有建筑幕墙开展安全检查过程中存在的问题,提出了应用数字化管理平台来规范化既有建筑幕墙的安全检查维修,确保全程可视化管理,同时做到可知、可控、可查、可预测。文章介绍了数字化管理平台的成立背景、建设理念、运行流程、社会效益等内容,为采用现代化的管理方法来实现既有建筑幕墙安全管理规范化开辟新的科学途径。
  关键词:数字化 可视化 幕墙安全 AI识别 大数据分析

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  提要:既有是否安全正常运作,事关人员性命重大问题,对社会公共安全有着极大的影响。本文针对我国既有建筑幕墙开展安全检查过程中存在的问题,提出了应用数字化管理平台来规范化既有建筑幕墙的安全检查维修,确保全程可视化管理,同时做到可知、可控、可查、可预测。文章介绍了数字化管理平台的成立背景、建设理念、运行流程、社会效益等内容,为采用现代化的管理方法来实现既有建筑幕墙安全管理规范化开辟新的科学途径。

  关键词:数字化 可视化 幕墙安全 AI识别 大数据分析

  1 社会背景

  目前我国建筑幕墙总面积已超过15亿平方米,其中大部分幕墙,经过了自建成以来多年的风雨侵袭,已经开始面临不同程度的问题,包括既有早期技术、施工管理落后导致的“先天不足”,也有因材料固有特性造成的“性能退化”,加之幕墙结构的特殊性和技术含量高等因素,往往成为建筑日常维护管理中的盲区,幕墙存在的安全问题长期得不到正确处理。

  根据《建筑统一标准》GB50068-2018建筑幕墙为25年,我国上世纪八九十年代建设的建筑幕墙,已有相当一部分已达到或超过了建筑设计的使用年限。这在近年来建筑幕墙和不断出现的、开启扇坠落、和支承松动等安全事故的发生中得以证实。开展既有建筑幕墙的安全检查和维护维修,确保既有建筑幕墙的安全使用,为广大人民群众的生命和财产安全提供有力的保障,具有重大的社会效应和意义。

  2 行业现状

  自2015年起,各地政府开始住建关注既有幕墙的安全问题,并逐步建立技术规范及相关法令,希望通过政策层面管起来。行业协会层面,也不断呼吁重视超过质保期的建筑幕墙进行定期检测及维保,并出台了行业的规范来指导相关工作的开展。

  我们从行业内部的眼光看来,真正要把既有建筑幕墙检测和维保落实到位,还有诸多实际需要面临的问题:

  (1)幕墙构造复杂,难以准确定位问题所在:当代建筑为了实现建筑师的视觉效果,幕墙的构造可以说是千奇百怪,如深圳机场的“飞鱼”、深圳湾体育中心的“春茧”、深圳市城市规划馆及当代艺术馆的不对称造型,在如此复杂的结构面上,靠口头的描述和图示指引,是很难准确定位问题所在位置,在供需方双(检测、维护方与业主、物业等需求方)沟通时不可避免的存在大量壁垒。

  (2)隐蔽工程多,难以有效验收:由于幕墙的外向结构特性,室内部分是很少出现损坏的,导致问题检测和维修基本都在室外,加之结构工程师考虑到幕墙的装饰效果,功能性的构件均设置在不可见位置;当幕墙进行检测或维修时,大部分靠着高空作业工人的经验及职业操守来保证工作的有效性,很难进行可视化的及时验收,往往在下一次问题出现时才能“验收”上一次检修的有效性,增加了“扯皮”的可能性,这对供需双方建立互信是一个巨大考验。

  (3)报告专业性强,缺乏解读简化:由于目前既有幕墙检测的报告形式上是工程建设阶段的检测报告的延续,报告中大量专业化的表达是难以被非专业人员理解的,而出具报告的实验室仅仅对样品本身负责,并不会对幕墙本身做过多的针对性的分析解读,造成了供需方双的隔阂,这也是造成社会上对幕墙检测不够关注和理解的原因。

  (4)数据繁多复杂,缺乏梳理沉淀:幕墙的维修保养会是一个长期的过程,多年下来必定有大量施工图纸及问题修复记录,但由于没有专业化的对这些数据做有机的整理和沉淀,导致大量数据随着人员的流动遗失或者缺漏的情况十分普遍,缺乏历史数据的参考,也给新的检测及维修工作造成了一定障碍。

  (5)行业处于萌芽期,亟待专业化规范化的公司及平台:由于大型幕墙公司的主要精力是新建的工程项目,无暇顾及业务分散、客单价低且管理成本极高的既有幕墙维保业务;甚至就算是工程质保期内,大部分的幕墙维保工作也是长期滞后或者干脆放弃,这一点广大物业公司是深有体会。现存市场上承接既有幕墙维保业务的幕墙公司以挂靠的“游击队”为主,缺乏专业人员及,更缺乏对幕墙结构的深入了解,在检修过程中可能对幕墙造成次生伤害;而需求方大部分情况下也只能在58同城、赶集、或百度推广上临时性的寻找队伍,缺乏专业化标准化且公开透明的幕墙检修平台。

  3 平台成立背景

  深圳市于2016年初正式启动既有幕墙的安全检查工作,首先对20年以上的既有建筑幕墙进行安全状况普查,并在此基础上于2017年制定并实施了《深圳市既有建筑幕墙安全检查准》SJG43-2017, 全面开始了既有建筑幕墙的安全检查工作。同时,深圳市人民政府在2019年颁布了《深圳市房屋安全管理办法》的政府令和《深圳市既有建筑幕墙安全维护和管理办法》等法律文件,为深圳市既有建筑幕墙安全检查提供了有法可依的执行基础。在制定相关的法律法规和技术标准的过程中,我们依托深圳市幕墙学会及其专家队伍和深圳市智汇幕墙科技有限公司的技术力量,创建了“幕墙云”既有建筑幕墙数字化管理平台,为既有建筑幕墙安全检查的实施和规范化操作提供了可靠的保障。

  4平台建设理念

  习总书记在深圳经济特区成立40周年庆典时指出,要树立全生命周期管理意识,加快城市治理体系和治理能力现代化,努力走出一条符合超大型城市特点和规律的治理新路子。无论是政府还是行业协会层面,都在不断呼吁重视超过质保期的建筑幕墙进行定期检测及维保,同时政策层面也在不断的加码,但从行业内部的实际状况分析,真正要把建筑幕墙检测和维保落实到位,还有诸多实际需要面临和解决的问题;如幕墙构造复杂,难以准确定位问题所在;隐蔽工程多,难以有效验收;报告专业性强,缺乏解读简化;数据繁多复杂,缺乏梳理沉淀;行业处于萌芽期,亟待专业化规范化的公司及平台等。

  面对如此错综复杂的问题,我们深知仅凭借任何一方力量都难以快速改变现状,为此引入了监管部、街道社区管理单位、业主单位、物业单位、施工单位、检测单位等相关机构,在同一平台上管理操作,加强基层治理,组织多方力量打造“共建共治共享”的社会治理模式。

  5平台运行程序

  5.1幕墙安全检查

  日益增多的高空坠物报告,时刻在提醒我们既有建筑幕墙安全检查、评估和维护管理是一个十分严峻和紧迫的系统性工程问题,检查、维修、安全保障措施、财产保险等缺一不可。

  “幕墙云”既有建筑幕墙管理平台依据《深圳市既有建筑幕墙安全检查技术标准》SJG43-2017、《深圳市房屋安全管理办法》、深圳市建筑门幕墙学会制定的《深圳市既有幕墙安全检查操作指南》等规定,按照法律法规规定需要检查的时间及内容、建筑使用寿命、台风暴雨等灾害情况、同时结合监管部门的实时要求,通过既有建筑幕墙管理平台发送建筑幕墙安全检查的通知。

  5.2幕墙检查指引

  检查通知发出→无人机建模立项→根据行业专家对各幕墙结构常见问题的分析结合大数据分析,自动在项目模型上生成需例行检查点位→物业/业主单位按照指引上传检查内容→AI图像识别筛选出疑似问题照片→专家专业性判断并指导下一步操作建议→专业检查/维修→备案。

  5.3 物业例行安全检查

  物业管理人员在手机端进入平台,在我的项目内可以看到系统生成的点位,按照平台要求进行例行安全检查并上传对应图片即可。

  为了使幕墙检查的每个细节准确无误的记录,针对不同高度的幕墙检查部位,推荐不同设备取得相应的影像记录资料。“幕墙云”在模型更新过程中会对楼宇进行结构光扫描,同时识别安全隐患,并将该部分信息开放与物业单位、住建部门等单位管理使用。

  5.4 专业性判断

  物业上传完成照片后,系统首先通过预设好的规则进行图像识别,将疑似问题照片筛选出来由专家团队进行专业性判断,并给出后一步操作建议,如进一步专业检查、维改、无问题直接备案等。

  5.5 定期检查/专项检查/整改维修

  疑似问题照片经专家团队评审后给出合理化建议供物业参考,相关责任单位或人员在三维实景模型直接报检保修,一步到位的解决了的问题定位难题。

  施工单位根据问题照片及合理化建议制定施工方案、施工计划上传与相关方同步,并在施工作业过程中实时传输作业照片或视频,作业完成的记录、相关报告等,让原本高空作业监管难的问题变得可视、可控、可查。

  5.6 供应商库

  针对幕墙作业缺少专业公司、专业人员及设备问题,为确保进行幕墙检查维修的单位或机构无论从资质或能力上都能按规范要求进行该项工作,行业学会依据政府的法令筛选出一部分优质的具备幕墙设计、施工或检测资质的企业。名录中单位或机构的相关资质、建造师证件、工程师证件与高空作业人 员持证情况需经过复核,且通过社保清单的关联性确认不存在挂靠情况的合规企业。同时不断筛选优质的企业入库,并对名录内企业进行持续监督及考评,优胜劣汰,以确保库内企业的专业性与服务质量。

  6 平台底层架构

  本项目研发的是以建筑幕墙业务为切入点的城市建筑群幕墙风控系统平台。针对既有建筑幕墙的现状与传统管理存在的问题与痛点,依托物联网IoT + + GIS + CIM核心技术,搭载智能手机、电脑、办公电脑信息工具,将建筑幕墙的管、控、预警作为落脚点,创建一个可视可控可预警的多角色协同的城市建筑群幕墙风控综合服务管理平台。CIM是指城市信息模型(City Information Modeling),也指城市智慧模型(City Intelligent Model)。数字孪生指利用模型、更新、运行历史等数据,集成多学科多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而展现实体城市建筑等实物全生命周期过程。本项目利用无人机搭载多视角结构光镜头进行倾斜拍摄,通过无人机技术、图像AI处理、三维点云及物联网相结合,在云端创建一套与真实世界1:1高精确度、高还原的虚拟真实城市三维场景。创建的场景不仅包含了单栋楼宇、街道、行政区的全景OBJ模型与3D轻量化BIM模型,还创新融合了模型的GIS地理信息系统、经纬度信息和相机视角坐标系等信息,最终形成孪生数字城市CIM系统平台。该系统平台的 CIM 就像是全生态网络可视化大数据管理的数字,具备“平台化”和“生态圈”格局,为平台系统的可扩展性和对外赋能接入接出的做好坚固充足的长远准备。

  此外,本项目在建筑群幕墙风险管控这一切入点上,恪守切入透彻,力求入木三分。首先研发的系统平台支持建筑幕墙具体构件的分类查看、标记风险状态,并将标记的风险状态集成至模型中,留存为历史档案资料。除建筑幕墙具体构件可标记风险状态外,整个模型亦可进行问题隐患部位标记风险点、风险区域,且同样会留存存档;其次本项目铺设了建筑信息数据收集渠道,并集合成系统平台的主要功能。通过系统平台可快速获取建筑的房屋编号、安全维护责任人、楼层楼高、幕墙面积类型和房屋历次排查报告等档案类信息。即系统平台将建筑全生命周期,如立项、施工、竣工、投入使用及后续维护管理,直至拆除或者重建等相关信息数字化集成其中;最后系统平台聚焦在建筑幕墙有使用年限而又存量巨大这一特性上。通过对既有建筑幕墙的存量、现状和传统管理中存在问题的深入探究与思考,结合当下人们对城市安全愈加重视的社会背景,系统平台针对建筑幕墙风险防控体系搭建了幕墙的例行安全检查、定期安全检查、专项安全检查和材料使用年限的功能模块,同时还开设有物联网传感器相关的核心预警防控板块。

  从对建筑幕墙全生命周期的管理流程、管理手段与管理模式的设计与思考;到与物联网电子传感器的全方位融合;再到系统平台在技术选型决定采用CIM这一具备生态圈格局的可视化管理数字底板,通过BIM、三维GIS、大数据、云计算、物联网(IoT)、智能化先进数据技术,同步创建一个强大的城市建筑群幕墙风控智慧化平台。力求通过创新的思维、创新的技术、创新的模式实现城市从规划、建设到幕墙风控管理的全过程、数字化、在线化和智能化,保障、保障城市安全,重塑城市新基建。

深圳市福田区既有建筑幕墙智慧管理平台信息显示

  7 平台社会效益

  本项目研发的城市建筑群幕墙风控系统平台的核心运营模式是搭建多方参与、隐患预警、协作管理、记录跟踪、归档备案的闭环生态圈。针对生态圈里的不同客户群体,该系统平台赋予的效益不同,所扮演的角色也不相同。对于政府监管方而言,该平台系统是一个行政管理CIM&GIS平台,基于CIM的可视化管理数字底板,政府监管方可在平台上进行智能高效的统筹管理和规划建设;对于业主/物业这一需求方,该平台系统则是楼宇数字化管理的有力工具,特别是依托系统平台的BIM、GIS技术和物联网(IoT)电子感应器融合,大大提高物业在楼宇管理的效率,省时简单,从容应对各种突发暴雨台风天气和种类繁多的幕墙安全检查;而针对检查检测和维修方这一供给方,系统平台则更多是扮演着规范化作业的角色,检查检测单位和维修机构提供相关资料备案入库,按照规范制定好的标准作业,杜绝违规作业、违章作业、违法作业以及挂靠等,为客户提供更好的服务。

  其次,该项目系统平台通过结合物联网技术中的电子标签(RFID),实现对城市建筑的开启窗等建筑隐患点进行实时状态的监控,尤其在暴雨台风天气前,以及对以往风险较大的区域,进行灾情预防和分析研究,获取实际的灾情情况及相关灾情规律。解决极端气候条件下,建筑幕墙门窗扇掉落的安全管理问题与责任问题。项目后期也将逐步通过融合各类物联网(IoT)传感器,应用于城市建筑管理的各个方面,如结构、过大、水密失衡等的监控及预警。切实通过CIM+GIS技术及后期结合5G+物联网的信息渠道,将该平台打造成万物互联的现实管理场景,方便城市幕墙管理者快速精准定位问题点,降低潜在隐患的风险实现 “高效率、高保真、高科技”智慧化管理。

  本研发平台也集合了政府针对城市既有建筑幕墙的相关政策与规范,帮助幕墙管理者进行政策规范的梳理与解读,通过管理办法、管理规范与平台系统管控预警功能的结合,可将相关的规范与要求直接运用并下发传递执行,极大地为城市建筑幕墙管理者及政府监管方进行城市安全预警防控工作提供了充分的支持。

  8 平台在深圳落地情况

  平台在深圳市福田区先行先试,目前已将福田区1039栋楼既有幕墙纳入重点监管。深圳市其他区自2020年4月开始,由深圳市住建局牵头,陆续与各区进行对接,预计2020年底各区系统搭建连同落地全部完成。

  福田区自2019年11月开始已通过平台督促辖区内楼宇进行了两次例行安全,共计检查楼宇1039栋,检查点位25975个,发现并提醒物业处理幕墙风险问题3117处,社会价值与现实价值明显。

深圳市福田区既有建筑幕墙智慧管理平台风险信息提示

  9 平台在智慧建筑领域的未来发展

  9.1 CIM与孪生数字城市

  本项目系统平台采用CIM与数字孪生城市的技术思路,如上文提到,CIM是数字孪生城市的基础核心,本项目利用CIM的可扩展性,可以接入人口、房屋、住户水电燃气信息、安防警务数据、交通信息、旅游资源信息、公共医疗等诸多城市公共系统的信息资源,实现跨系统应用集成、跨部门信息共享,支撑数字孪生城市的决策分析。通过数字孪生城市的技术,在虚拟空间再造城市的一个拷贝,作为现实城市的镜像、映射、仿真与辅助,为规划、建设、风险预警防控运行管理提供统一基础支撑。本项目基于多源数据整合所有基础空间数据和地下空间数据等城市规划相关信息资源,形成数据完备、结构合理、规范高效的数据统一服务体系,并利用城市实体中各种物联网传感器和智能终端实时获取的数据,基于CIM模型,对城市建筑群幕墙状况进行实时监测和可视化综合呈现,实现对设备的预测性维护、基于模拟仿真的决策推演以及综合防灾的快速响应和应急处理能力,特别是在城市建筑群幕墙风控中提供重要数据分析与辅助决策,使城市建筑群幕墙风控管理更安全和高效。

CIM架构示意

  9.2 5G及大数据分析预警

  随着5G网络的成熟将催化大量安全警报器、传感器和摄像头的部署,使得实时、高质量的视频传输成为可能,本研发项目也将试点结合5G及大数据分析预警技术,为增强远程监控并更好的评估建筑幕墙现场和既有建筑幕墙的状况提供技术支持。同时基于AI的系统也将会自动分析幕墙材料随着时间推移的材质与形状的变化,实时监测情况。此外,通过分析建筑幕墙历史数据,基于AI的平台对既有建筑幕墙管控进行提前预警,以帮助幕墙管理者优化对更多楼宇沉淀的数据资源的使用。

大数据分析

  9.3 城市建筑群(BIM+GIS)模型

  本研发平台使用的BIM技术是用来整合管理建筑物本身所有阶段信息,GIS是整合及管理建筑外部环境信息。本研发项目通过以无人机倾斜摄影测量、地面近景摄影测量系统获取的数据作为实景三维建模的基础数据,使用BIM和GIS技术相融合,快速构建海量直观可查建筑模型。其中涉及到的技术领域包括:倾斜摄影测量、三维建模,地形建模、点云处理、图像处理等。

机载倾斜摄影数据与近景摄影数据联合处理技术流程

  9.4 城市建筑安全全寿命周期保险保障

  既有建筑全寿命周期的检测和维护保养是一个充满风险的过程,实施既有建筑保险是转移风险的一个重要措施。但是我国建筑工程保险的理论研究十分滞后,保险实践困难重重.研究既有建筑工程保险机制,具有开创性的现实意义。目前无论对业主还是对保险公司来说,最难的是确定具体保费金额,无法拿出一个合理的计算标准使双方都完全认可。通过本项目系统平台可以做到全寿命周期监管,了解建筑过往及现在的健康状况,并通过城市规模级大数据分析预测未来可能会发生的问题,为既有建筑保险的设置提供了强有力的参考依据。

作者单位:

深圳市智汇幕墙科技有限公司

深圳市新山幕墙技术咨询有限公司

深圳市建筑门窗幕墙学会

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专家介绍

 杜继予

铝门窗幕墙委员会专家组

工作单位:深圳市新山幕墙技术咨询有限公司

技术职称:教授级高工

专业:本人自一九八五年起专门从事建筑幕墙、铝质门窗的专项设计,加工制作,施工管理及专业技术和管理工作的咨询顾问。 其他社会职务 建设部幕墙门窗标准化技术委员会专家组副组长等

专长:建筑幕墙、铝质门窗的技术开发,设计、咨询顾问及施工管理。

原文地址:
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